探討風電場儲能EMS係統的管理技術

摘要：闡述儲(chu) 能係統特點，分析儲(chu) 能EMS技術路線中的單機儲(chu) 能、集中儲(chu) 能、風儲(chu) 一體(ti) 化EMS。探討儲(chu) 能EMS功能設計方案，包括有功和無功功率調節、一次調頻、虛擬慣量響應、智慧運維。

關(guan) 鍵詞：新能源係統，能量管理係統，風電儲(chu) 能。

0.引言

隨著以新能源為(wei) 主體(ti) 的新型電力係統建設加速，儲(chu) 能在新型能源係統中的作用越來越重要，全球儲(chu) 能市場快速增長。建設儲(chu) 能型新能源電站首要任務是解決(jue) 消納問題，在發電側(ce) 通過提升調峰備用容量和電網友好性，促進電力係統對高比例新能源電量的消納。2021年7月，相關(guan) 部門表示，到2025年，除抽水蓄能外的儲(chu) 能總裝機規模達到3000萬(wan) kW以上，對於(yu) 場站的能量管理技術提出了更高的要求。

1.研究背景

儲(chu) 能係統的特點。隨著風電、光伏等波動性可再生能源在電力係統中滲透率快速增加，加之今後風光要實現倍增、跨越式發展，風光消納、電力係統運行和管理將麵臨(lin) 愈加嚴(yan) 峻的挑戰，因而*須在電源側(ce) 、電網側(ce) 、用戶側(ce) 通過合理配置調峰和儲(chu) 能設施等方式，持續提升電力係統靈活性，增加係統調節能力.

儲(chu) 能技術一般基於(yu) 電化學儲(chu) 能形式為(wei) 主，電化學儲(chu) 能係統是以電池為(wei) 核心的綜合能源控製係統。由電芯和能量管理係統（EMS）、電池管理係統（BMS）、儲(chu) 能變流器（PCS）等部分組成。PCS可以控製儲(chu) 能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。BMS主要負責電池的監測、評估、保護及均衡等。

EMS是儲(chu) 能係統的大腦，主要實現儲(chu) 能係統（含儲(chu) 能變流器、電池管理係統）的數據采集、監控和能量的安全優(you) 化調度，以滿足監控、能量調度、維護、產(chan) 生報表等相關(guan) 需求。

1. 儲(chu) 能EMS技術路線

（1）單機儲(chu) 能EMS。單機儲(chu) 能以電化學儲(chu) 能為(wei) 主，主要用於(yu) 單機性能提升，單機運行品質改善等場景。

（2）集中儲(chu) 能EMS。風電場集中式儲(chu) 能針對不同儲(chu) 能係統的運行特征和功率特性，充分發揮機械儲(chu) 能的功率快速響應優(you) 勢、電化學儲(chu) 能的高能量密度等優(you) 勢；通過同步感知技術，打通中控室場級控製器至儲(chu) 能變流器直連通道，實現毫秒級高速通信；采用儲(chu) 能設備*效協同控製策略，實現多元儲(chu) 能係統的功率平滑穩定輸出，滿足電站對虛擬慣量、快速調頻調壓的快速響應能力，減少儲(chu) 能設備的疲勞程度，提高整套儲(chu) 能係統的並網友好性。

（3）風儲(chu) 一體(ti) 化EMS。基於(yu) 成熟可靠的風電場功率控製技術和平台，采用“風電+儲(chu) 能”能量一體(ti) 化控製技術，實現風儲(chu) 平台對儲(chu) 能變流器的高速通信，實現風儲(chu) 電站的穩定可靠的虛擬慣量響應、一次調頻、二次調頻、削峰填穀、快速無功調壓等功能，探索應用風儲(chu) 電站的虛擬同步機技術，主動支撐電力係統轉動慣量，提高風儲(chu) 聯合係統的經濟性。

圖1為(wei) 儲(chu) 能EMS控製係統架構。

3儲(chu) 能EMS的功能設計

（1）有功功率調節。對儲(chu) 能設備多場景應用的算法進行深入開發，結合儲(chu) 能BMS係統的運行數據，對儲(chu) 能PCS的調節特性進行精細化分類，沿用風機EMS的“雙PI+前饋+抗飽和積分”的控製策略，*大限度地發揮儲(chu) 能的優(you) 異性能和運行特性。同時，EMS根據儲(chu) 能所屬區域不同時間尺度的上網電價(jia) 完成充電放電工作，以經濟*優(you) 為(wei) 目標進行有功功率的控製。

（2）無功功率調節。自動接收調度主站係統下發的調節指令，在充分考慮各種約束條件後分析、計算出各儲(chu) 能PCS無功出力目標值，並將調控命令下發至儲(chu) 能係統。

（3）一次調頻。開發“新能源+儲(chu) 能”頻率快速響應控製程序，實現新能源場站同常規電源一樣具備主動支撐電網的功能。

（4）虛擬慣量響應。依托電化學儲(chu) 能毫秒級快速釋放、吸收有功功率的特性，以場站為(wei) 單位為(wei) 電網提供主動支撐，使新能源場站具備與(yu) 傳(chuan) 統同步發電機類似的轉動慣量，從(cong) 而增加電網的韌性，提升電力係統抗幹擾能力。

（5）儲(chu) 能係統智慧運維。根據多元混合儲(chu) 能電站係統配置情況及生產(chan) 管理係統、監控係統等係統的數據結構、數據類型、數據采集頻率，通過數據采集、結構區分，編寫(xie) 數據標準化接入方案和數據存儲(chu) 方案，進行數據的二次加工，剔除壞數據，建立多元混合儲(chu) 能電站全景數據模型。*後在研究多類型信息互聯技術的基礎上，進行係統關(guan) 鍵功能模塊開發，集成所有模塊形成多元混合儲(chu) 能電站智慧化運維平台，並部署於(yu) 多元混合儲(chu) 能電站。同時開發與(yu) 平台互聯的移動端App，提供可視化圖紙、維護視頻，實現電子工單運維，提高檢修效率。

4.Acrel-2000ES儲(chu) 能櫃能量管理係統

4.1係統概述

hth下载地址儲(chu) 能能量管理係統Acrel-2000ES，專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能櫃、儲(chu) 能集裝箱研發的一款儲(chu) 能EMS，具有完善的儲(chu) 能監控與(yu) 管理功能,涵蓋了儲(chu) 能係統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在*級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等控製功能。

4.2係統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲(chu) 能櫃或者儲(chu) 能集裝箱內(nei) 部的設備接入係統。

4.3係統功能

4.3.1實時監測

係統人機界麵友好，能夠顯示儲(chu) 能櫃的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guan) 故障、告警、收益等信息。

4.3.2設備監控

係統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS監控：滿足儲(chu) 能變流器的參數與(yu) 限值設置；運行模式設置；實現儲(chu) 能變流器交直流側(ce) 電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與(yu) 展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關(guan) 狀態、異常告警等狀態監測。

BMS監控：滿足電池管理係統的參數與(yu) 限值設置；實現儲(chu) 能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，並實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關(guan) 電參量監測。

4.3.3曲線報表

係統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等曆史曲線的查詢與(yu) 展示。

4.3.4策略配置

滿足儲(chu) 能係統設備參數的配置、電價(jia) 參數與(yu) 時段的設置、控製策略的選擇。目前支持的控製策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製等。

4.3.5實時報警

儲(chu) 能能量管理係統具有實時告警功能，係統能夠對儲(chu) 能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

4.3.6事件查詢統計

儲(chu) 能能量管理係統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

4.3.7遙控操作

可以通過每個(ge) 設備下麵的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控製器、照明等設備進行相應的控製，但是當設備未通信上時，控製按鈕會(hui) 顯示無效狀態。

4.3.8用戶權限管理

儲(chu) 能能量管理係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.相關(guan) 平台部署硬件選型清單

6.結束語

風電製造商秉承“國之大者”的曆史使命，在做好風機主陣地的同時，**拓展儲(chu) 能產(chan) 品開發，加速推動以新能源為(wei) 主體(ti) 的新型電力係統構建，全力打造新能源高質量發展新**能源轉型發展新典*。

參考文獻

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